CN113007425A - 基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,包括阀体、设置于阀体内的定子铁芯、同轴外套于定子铁芯并可沿定子铁芯轴向方向往复运动的阀芯组件以及设置于阀芯组件和阀体之间的套筒;所述阀体底部设置有第一导流孔,所述阀芯组件上设置有第二导流孔;所述阀芯组件可以沿阀体轴向方向往复运动进而实现第一导流孔和第二导流孔之间的相互导通;本技术方案的流量阀,属于半主动、主动一体化机构,更加智能、小巧和经济。解决了传统磁流变阀因为磁流变液不易密封的问题,结构更简单可靠。同时解决了传统磁流变阀无法主动控制阀芯复位的问题,使得计算简单,控制方法也更为简单。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变阀领域,具体涉及一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀。
背景技术
常见流量控制阀常通过控制通道流通面积的方式来控制流体的流量。传统的流量控制阀通过机械设计的方式设计多个不同的流通面积,通过切换的方式控制不同的流量,其缺点在于:机械加工精度要求高,产品一致性差;切换需要设计辅助结构,导致结构复杂;一旦设计完毕,对流量的控制则不能改变,且难以实现无级控制。随着技术的发展,要求流量控制阀要向着小型化、智能化和经济化的方向发展,这就要求流量控制阀对流通面积的控制结构要简单,能接入电控单元实现自动控制,对流量控制能实现无级化。
现有的磁流变流量控制阀有基于磁流变液挤压模式的工作原理的,也有使用磁流变弹性体的。传统的磁流变阀可以实现流量的无极调节,但是无法实现阀芯的主动运动。
为此,需要一种新型的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,用以解决上述问题。
发明内容
有鉴于此,本技术方案的流量阀,通过控制电磁铁线圈电流来控制电磁力的主动变化,通过控制铁芯线圈电流来控制半主动阻尼力的输出。磁流变液吸附在磁流变液载体中(如无纺布、海绵、泡沫等),工作模式为纯剪切模式,实现力学模型线性化,阻尼力计算控制更加简单;无需对磁流变液的密封,结构简单;磁流变液不易沉降。
一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,包括阀体、设置于阀体内的定子铁芯、同轴外套于定子铁芯并可沿定子铁芯轴向方向往复运动的阀芯组件以及设置于阀芯组件和阀体之间的套筒;所述阀体底部设置有第一导流孔,所述阀芯组件上设置有第二导流孔;所述阀芯组件可以沿阀体轴向方向往复运动进而实现第一导流孔和第二导流孔之间的相互导通。
进一步,所述阀芯组件包括下阀芯、上阀芯以及设置于下阀芯上的吸力铁芯;所述下阀芯沿轴向方向截面整体呈“T”字型结构,所述上阀芯为环状结构且上阀芯外套于定子铁芯,所述吸力铁芯设置于下阀芯中心且定子铁芯沿轴线方向开设有可供吸力铁芯往复运动的铁芯通孔。
进一步,所述定子铁芯与上阀芯之间设置有第一磁流变液载体环,所述上阀芯与套筒之间设置有第二磁流变液载体环;所述第一磁流变液载体环固定设置于定子铁芯外壁,所述第二磁流变液载体环固定设置于上阀芯外壁。
进一步,所述套筒端部设置有与定子铁芯同轴配合使用的定子调节组件,所述铁芯通孔内设置有外套于吸力铁芯的复位弹簧,所述复位弹簧一端连接设置于下阀芯上端面,复位弹簧另一端与定子调节组件连接安装。
进一步,所述阀体内设置有用于定位安装套筒的内阀体,所述内阀体呈环状结构且内阀体轴向方向上设置有内阀孔,所述套筒端部抵持于内阀体上端面,所述下阀芯轴向贯穿内阀孔。
进一步,所述阀体下端与内阀体之间形成有流量腔,所述第一导流孔设置于阀体下端。
进一步,所述下阀芯沿轴线方向向下延伸形成导流部,所述阀体底部设置有可供导流部沿轴线方向往复运动的阀体定位孔,导流部为中空结构且导流部内壁上开设有所述第二导流孔。
进一步,所述定子调节组件包括筒装结构的调节套、安装于调节套内的电磁铁芯以及绕设于电磁铁芯上的第一线圈;所述调节套内设置有用于对电磁铁芯限位的卡簧,所述调节套内壁与定子铁芯端部设置有相互配合的螺纹结构。
进一步,所述定子铁芯与套筒之间设置有第二线圈,所述内阀体与阀体之间设置有密封环。
本发明的有益效果是:
本技术方案的流量阀相比传统流量控制阀,属于半主动、主动一体化机构,更加智能、小巧和经济。解决了传统磁流变阀因为磁流变液不易密封的问题,结构更简单可靠。同时解决了传统磁流变阀无法主动控制阀芯复位的问题,使得计算简单,控制方法也更为简单,在保持流量不变的情况下有效增加阀控压力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明整体结构示意图;
图2为本发明受力分析图。
具体实施方式
图1为本发明整体结构示意图;图2为本发明受力分析图;如图所示,一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,包括阀体1、设置于阀体1内的定子铁芯8、同轴外套于定子铁芯8并可沿定子铁芯8轴向方向往复运动的阀芯组件以及设置于阀芯组件和阀体之间的套筒2;所述阀体底部设置有第一导流孔A,所述阀芯组件上设置有第二导流孔B;所述阀芯组件可以沿阀体轴向方向往复运动进而实现第一导流孔和第二导流孔之间的相互导通;本技术方案的流量阀,通过控制电磁铁线圈6电流来控制电磁力的主动变化,通过控制铁芯线圈3电流来控制半主动阻尼力的输出。磁流变液吸附在磁流变液载体中(如无纺布、海绵、泡沫等),工作模式为纯剪切模式,实现力学模型线性化,阻尼力计算控制更加简单;无需对磁流变液的密封,结构简单;磁流变液不易沉降。
本实施例中,所述阀芯组件包括下阀芯13、上阀芯10以及设置于下阀芯上的吸力铁芯17;所述下阀芯13沿轴向方向截面整体呈“T”字型结构,所述上阀芯10为环状结构且上阀芯10外套于定子铁芯8,所述吸力铁芯17设置于下阀芯13中心且定子铁芯8沿轴线方向开设有可供吸力铁芯往复运动的铁芯通孔;阀芯组件包括三部分,上阀芯10位环状或者筒状结构均可,上阀芯、下阀芯以及中间的吸力铁芯三者为一个整体,整体截面呈“三叉戟”状,可沿着阀体1的轴线方向往复运动。
本实施例中,所述定子铁芯8与上阀芯10之间设置有第一磁流变液载体环9,所述上阀芯与套筒2之间设置有第二磁流变液载体环11;所述第一磁流变液载体环9固定设置于定子铁芯8外壁,所述第二磁流变液载体环11固定设置于上阀芯外壁。两个磁流变液载体环均采用可吸附磁流变液的材料(如无纺布、海绵、泡沫等),两个磁流变载体环分别固定设置在相应的零件上,使得整体的工作模式为纯剪切模式,便于阻尼力计算。
本实施例中,所述套筒2端部设置有与定子铁芯同轴配合使用的定子调节组件,所述铁芯通孔内设置有外套于吸力铁芯17的复位弹簧12,所述复位弹簧12一端连接设置于下阀芯13上端面,复位弹簧12另一端与定子调节组件连接安装。套筒2的上端部上设置有与定子铁芯配合使用的定子调节组件,用于对定子铁芯进行轴向距离调节,复位弹簧12定位安装在铁芯通孔内,起到对阀芯组件的复位作用。
本实施例中,所述阀体1内设置有用于定位安装套筒2的内阀体14,所述内阀体14呈环状结构且内阀体14轴向方向上设置有内阀孔,所述套筒2端部抵持于内阀体14上端面,所述下阀芯13轴向贯穿内阀孔。内阀体14固定安装在阀体1内部,作为内部零件的支撑结构,下阀芯13的中部设置有安装内阀孔,使得下阀芯13可以轴向穿过内阀体14。
本实施例中,所述阀体1下端与内阀体14之间形成有流量腔,所述第一导流孔B设置于阀体下端。阀体1下端与内阀体14的底端形成一个腔体结构,便于实现液体的流动,第一导流孔B设置于阀体下端侧壁上。
本实施例中,所述下阀芯13沿轴线方向向下(即图1中的上下方向)延伸形成导流部,所述阀体1底部设置有可供导流部沿轴线方向往复运动的阀体定位孔,导流部为中空结构且导流部内壁上开设有所述第二导流孔A,下阀芯13沿竖直方向往复运动,便于第二导流孔A与第一导流孔B之间实现其连通或者关闭。
本实施例中,所述定子调节组件包括筒装结构的调节套4、安装于调节套4内的电磁铁芯5以及绕设于电磁铁芯上的第一线圈6;所述调节套4内设置有用于对电磁铁芯限位的卡簧7,所述调节套内壁与定子铁芯端部设置有相互配合的螺纹结构。调节套4与定子铁芯7之间采用螺纹连接,使用时调节螺纹的拧紧程度即可调节定子铁芯7的深度。
本实施例中,所述定子铁芯7与套筒之间设置有第二线圈3,所述内阀体与阀体之间设置有密封环,密封环包括内密封环16和外密封环15,便于提升其内部密封性能。
工作原理:
套筒2与阀体1通过螺纹配合,并将内阀体14压紧在阀体1内;定子铁芯8与套筒2通过螺纹连接,将第二线圈3固定在套筒2内;上阀芯10、下阀芯13以及吸力铁芯17焊接在一起(也可以采用一体成型的方式设计,提升整体的性能);第一磁流变液载体环9粘接在定子铁芯8上;第二磁流变液载体环11粘接在上阀芯10上;复位弹簧12被电磁铁芯5压紧在下阀芯13上,调节套4可调节复位弹簧的压缩程度。外密封环15和内密封环16将下面的油腔和上面阻尼工作区隔离开。
若第二导流孔A内为高压油(即进油端),下阀芯13内孔受向上压力,当液压油压力大于阀芯组件所受阻力,阀芯组件向上移动,第二导流孔A与第一导流孔B接通,通过控制流通孔A的开口程度来控制流量。
若第一导流孔B内为高压油(即进油端),下阀芯13台阶面受向上压力,当液压油压力大于阀芯组件所受阻力,阀芯组件向上移动,第二导流孔A与第一导流孔B接通,通过控制流通孔A的开口程度来控制流量。
这样就能实现双向流通,期间可以通过控制电磁铁线圈电流大小,在流量阀工作的时候实时控制流量大小。
受力分析(图2):
阀芯组件受到磁流变液产生的阻尼力F阻尼力,与阀芯组件运动方向相反;阀芯组件受到复位弹簧12产生的弹力F弹,方向向下;阀芯组件受到调节组件产生的电磁力F电磁力,方向向上;阀芯组件受到液压油产生的压力F压,方向向上。
F阻尼力受线圈绕组电流大小调节;F弹受调节套4调节;F电磁力受第一线圈6电流大小调节。
在没有液压油压力的初始状态下,阀芯组件被F弹压紧在内阀体14上表面,阀口关闭;
当F压增大,直到克服F阻尼力和F弹,阀芯上移直到达到平衡,此时力平衡公式如下:
F压=F弹+F阻尼力-F电磁力
F电磁力、F弹、F阻尼力都可以调节,大大增加调节范围,F阻尼力能使阀芯运动更加稳定精确。
当F压、F弹、F阻尼力、F电磁力都确定后,此时流量确定了,若减小F电磁力,F压不足以克服公式右边所表示的阻力,则阀芯下移,阀口开启程度减小,流量减小,如果想恢复流量,需要更大的液压油压力;反之,若增大F电磁力,阀芯上移,阀口增大,流量增大。可以通过控制电磁铁线圈电流大小,在流量阀工作的时候实时控制流量大小。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:包括阀体、设置于阀体内的定子铁芯、同轴外套于定子铁芯并可沿定子铁芯轴向方向往复运动的阀芯组件以及设置于阀芯组件和阀体之间的套筒;所述阀体底部设置有第一导流孔,所述阀芯组件上设置有第二导流孔;所述阀芯组件可以沿阀体轴向方向往复运动进而实现第一导流孔和第二导流孔之间的相互导通。
2.根据权利要求1所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述阀芯组件包括下阀芯、上阀芯以及设置于下阀芯上的吸力铁芯;所述下阀芯沿轴向方向截面整体呈“T”字型结构,所述上阀芯为环状结构且上阀芯外套于定子铁芯,所述吸力铁芯设置于下阀芯中心且定子铁芯沿轴线方向开设有可供吸力铁芯往复运动的铁芯通孔。
3.根据权利要求2所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述定子铁芯与上阀芯之间设置有第一磁流变液载体环,所述上阀芯与套筒之间设置有第二磁流变液载体环;所述第一磁流变液载体环固定设置于定子铁芯外壁,所述第二磁流变液载体环固定设置于上阀芯外壁。
4.根据权利要求3所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述套筒端部设置有与定子铁芯同轴配合使用的定子调节组件,所述铁芯通孔内设置有外套于吸力铁芯的复位弹簧,所述复位弹簧一端连接设置于下阀芯上端面,复位弹簧另一端与定子调节组件连接安装。
5.根据权利要求4所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述阀体内设置有用于定位安装套筒的内阀体,所述内阀体呈环状结构且内阀体轴向方向上设置有内阀孔,所述套筒端部抵持于内阀体上端面,所述下阀芯轴向贯穿内阀孔。
6.根据权利要求5所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述阀体下端与内阀体之间形成有流量腔,所述第一导流孔设置于阀体下端。
7.根据权利要求6所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述下阀芯沿轴线方向向下延伸形成导流部,所述阀体底部设置有可供导流部沿轴线方向往复运动的阀体定位孔,导流部为中空结构且导流部内壁上开设有所述第二导流孔。
8.根据权利要求7所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述定子调节组件包括筒装结构的调节套、安装于调节套内的电磁铁芯以及绕设于电磁铁芯上的第一线圈;所述调节套内设置有用于对电磁铁芯限位的卡簧,所述调节套内壁与定子铁芯端部设置有相互配合的螺纹结构。
9.根据权利要求8所述的基于电磁调节的磁流变半主动与主动一体化流量阀,其特征在于:所述定子铁芯与套筒之间设置有第二线圈,所述内阀体与阀体之间设置有密封环。
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董小闵等: "飞行器磁流变自适应半主动冲击缓冲器", 《西南交通大学学报》 * |
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CN113007425B (zh) | 2022-11-15 |
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